JP6675638B2 - Groundwater recharge system - Google Patents
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Description
本発明は、地下水リチャージシステムに関する。 The present invention relates to a groundwater recharge system.
一般に、地下掘削工事においては、掘削工事部分の水分を適度に抑えるため、掘削前に予め掘削部分の地下水を地表近くに汲み上げ、地下水位を低下させた状態で掘削が行われる。この際、下水放流量の削減や現場周辺の水位低下による影響を低減するために、揚水した地下水を再び地中に戻すリチャージ工法が採用される場合がある。 Generally, in underground excavation work, excavation is performed in a state where the groundwater in the excavated portion is pumped near the ground surface in advance and the groundwater level is lowered before excavation in order to appropriately suppress the moisture in the excavated portion. At this time, a recharge method for returning the pumped groundwater to the ground again may be adopted in order to reduce the influence of the discharge amount of the sewage and the decrease in the water level around the site.
ところが、従来のリチャージ工法及び地下水の処理方法では、リチャージウェル(注水井戸)のスクリーン近傍の地盤の目詰まり現象が発生し易く、リチャージウェルの注水性能を長期にわたり維持することが困難であった。 However, in the conventional recharging method and the groundwater treatment method, clogging of the ground near the screen of the recharge well (injection well) is likely to occur, and it has been difficult to maintain the water injection performance of the recharge well for a long time.
そこで、掘削前に予め掘削部分から地表近くに汲み上げた地下水に含まれる目詰まり物質を地表で取り除くための種々の技術が提案されている。
例えば、特許文献1には、筒状の中空管体と、中空管体内の中心部に設けられた筒状のフィルター部とを備えた目詰まり防止装置(リチャージシステム)が開示されている。この目詰まり防止装置では、中空管体の内周とフィルター部の外周との間に環状空間を形成し、環状空間内に、工事発生水、雨水や地下水等が含まれた排出水(地下水)を、環状空間に、接線方向から水平線に対して下方を向くような旋回流が起こるように導入する。遠心力と重力差とにより排出水中の重量の大きな異物は下方に落下するとともに、重量の小さい異物は上方に浮上し、かつ、フィルター部を透過することで、排出水中の固形分はろ過される。そうして、フィルター部の内周側からろ過後の処理水が取り出される。
Therefore, various techniques have been proposed for removing clogging substances contained in groundwater that has been pumped from the excavated portion near the ground surface before excavation.
For example, Patent Literature 1 discloses a clogging prevention device (recharge system) including a tubular hollow tube and a tubular filter provided at the center of the hollow tube. . In this clogging prevention device, an annular space is formed between the inner periphery of the hollow tube and the outer periphery of the filter portion, and drainage water (groundwater, etc.) containing construction generated water, rainwater, groundwater, etc., is formed in the annular space. ) Are introduced into the annular space in such a way that a swirling flow occurs from the tangential direction to the horizon and downward. Due to the centrifugal force and the gravity difference, the heavy foreign matter in the discharged water falls downward, and the light foreign matter floats upward and passes through the filter section, whereby the solid content in the discharged water is filtered. . Then, the treated water after filtration is taken out from the inner peripheral side of the filter section.
しかしながら、上述の特許文献1に開示されている目詰まり防止装置は、粘土粒子等の浮遊物質(Suspended solids:以後、SSとする)成分の除去を主な目的としたものであるため、目詰まり現象の発生を根本的に抑えることができないという問題があった。また、リチャージウェルの通水性能を回復させるためにリチャージを中止して時間をかけてリチャージウェルの逆洗をしても、リチャージウェル近傍の地盤が目詰まりしてしまうために初期の注水性能まで回復することは困難であった。 However, the clogging prevention device disclosed in Patent Document 1 described above mainly has a purpose of removing suspended solids (hereinafter, referred to as SS) components such as clay particles. There has been a problem that occurrence of the phenomenon cannot be fundamentally suppressed. In addition, even if recharging is stopped to recover the water flow performance of the recharge well and the recharge well is backwashed for a long time, the ground near the recharge well is clogged, so that the initial water injection performance can be improved. It was difficult to recover.
本発明者は、鋭意検討を行った結果、リチャージウェル付近の地盤の目詰まりの原因は粘土粒子等のSS成分の他に、鉄が顕著に寄与していることを突き止めた。通常、地下水中の鉄は二価の形態(二価鉄)で存在しているが、従来のリチャージシステムで行われているように、密閉配管内を通って地表に汲み上げられても、ディープウェル(揚水井戸)やリチャージウェル内部で僅かな空気に触れれば、三価の形態(三価鉄、即ち不溶価性鉄)に変わる。特に、三価鉄は、低濃度であっても、注水側の地盤及びリチャージウェルのスクリーンおよびフィルター材に顕著な目詰まりを引き起こす。本発明者は、こうしたリチャージウェルの注水部近傍に三価鉄が到達するのを防止するための地下水リチャージシステムの構成について検討し、本発明を完成させるに至った。 As a result of diligent studies, the present inventor has found that the cause of the clogging of the ground near the recharge well is not only SS components such as clay particles but also iron which contributes remarkably. Normally, iron in groundwater exists in the form of divalent iron (ferrous iron). However, even if it is pumped to the surface through closed pipes as in a conventional recharge system, deep well (Pumping well) or a small amount of air inside the recharge well changes to a trivalent form (ferric iron, ie, insoluble iron). In particular, trivalent iron, even at low concentrations, causes significant clogging of the ground on the water injection side and the screen and filter material of the recharge well. The present inventor studied the configuration of a groundwater recharge system for preventing trivalent iron from reaching the vicinity of the water injection section of the recharge well, and completed the present invention.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、リチャージシステムの通水性能を保持し、注水井戸付近の地盤の目詰まりを防止することができる地下水リチャージシステムを提供する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a groundwater recharge system that can maintain the water flow performance of the recharge system and prevent clogging of the ground near the injection well.
本発明に係る地下水リチャージシステムは、揚水した地下水を地盤内へ注水するリチャージ工法を行うための地下水リチャージシステムであって、前記地下水を揚水するための揚水井戸と、前記揚水井戸から揚水された前記地下水に酸化剤を添加する酸化剤添加部と、前記酸化剤が添加された前記地下水を導入し、前記酸化剤添加後の地下水中に存在する浮遊物質成分及び酸化金属を除去する除去部と、前記除去部で処理された前記地下水に該地下水の酸化還元電位が所定値以下になるまで還元剤を添加する還元剤添加部と、前記還元剤が添加された前記地下水を前記地盤内へ注水するための注水井戸と、を備え、前記還元剤添加部は、前記除去部で処理された前記地下水に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加される前の前記地下水中の前記酸化剤の量を検知し、検知した前記酸化剤の量を前記還元剤添加装置にフィードバックする第一酸化剤検知部、及び、前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加された後の前記地下水中の前記酸化剤の量を検知し、検知した前記酸化剤の量を前記還元剤添加装置にフィードバックする第二酸化剤検知部の少なくとも何れか一方と、を備え、前記第一酸化剤検知部及び前記第二酸化剤検知部の少なくとも何れか一方からフィードバックされた情報に基づいて前記還元剤添加量を調節可能に構成されている。 The groundwater recharge system according to the present invention is a groundwater recharge system for performing a recharge method for injecting groundwater that has been pumped into the ground, wherein a pumping well for pumping the groundwater and the pumped well from the pumping well are provided. An oxidizing agent adding unit that adds an oxidizing agent to groundwater, and a removing unit that introduces the groundwater to which the oxidizing agent is added, and removes a floating substance component and a metal oxide present in the groundwater after the oxidizing agent is added. A reducing agent adding unit that adds a reducing agent to the groundwater treated by the removing unit until the oxidation-reduction potential of the groundwater becomes a predetermined value or less, and injects the groundwater with the reducing agent into the ground. and a water injection well for the reducing agent addition unit, and the reducing agent addition device for adding the reducing agent to the ground water which has been treated by the removal unit, the reducing agent addition device A first oxidizing agent detection unit that detects the amount of the oxidizing agent in the groundwater before the reducing agent is added, and feeds back the detected amount of the oxidizing agent to the reducing agent adding device; and An amount of the oxidizing agent in the groundwater after the reducing agent is added by the agent adding device, and at least any one of a second dioxide agent detecting unit that feeds back the detected amount of the oxidizing agent to the reducing agent adding device. And the amount of the reducing agent added can be adjusted based on information fed back from at least one of the first oxidizing agent detecting unit and the second oxidizing agent detecting unit .
上述の構成によれば、揚水井戸から揚水された地下水に対して酸化剤添加部によって酸化剤が添加されることによって、地下水中の二価鉄は酸化され、三価鉄が析出される。この際に、地盤の目詰まりに鉄と同様に影響を及ぼし得るマンガンも水和二酸化マンガンとして析出され得る。析出された三価鉄等の酸化金属は、粘土粒子等のSS成分と共に除去部を通ることで地下水から除去される。即ち、除去部によって地下水中の目詰まり起因成分が除去される。そして、除去部で処理された地下水中に残存する酸化剤が還元剤添加部によって所定値以下の量になるまで還元される。従って、揚水井戸から揚水された地下水は注水井戸付近の地盤の目詰まりの原因となる成分が除去された状態となるため、この地下水を注水井戸から地盤内に注水しても、リチャージウェルのフィルターやリチャージウェル付近の地盤の目詰まりが略発生しなくなる。また添加された酸化剤は還元剤によりその酸化力を失っているために、リチャージ水の注入による既存地下水に含まれる鉄やその他の金属の酸化/ 析出による目詰まりの恐れもない。
なお、上述の所定値とは、注水井戸によって地盤内に注水した際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る地下水中の酸化剤の残存許容量を示す酸化還元電位であるが、運用に当っては完全に酸化力を失わせる量である。
また、上述の構成によれば、第一酸化剤検知部及び第二酸化剤検知部の少なくとも一方によって地下水の酸化還元電位が検知され、還元剤添加装置にフィードバックされることにより、還元剤の過剰添加又は添加不足が抑えられ、地下水が効率良く、地盤内に注水した際に目詰まりを良好に防止し得る状態になる。
According to the configuration described above, the oxidizing agent is added to the groundwater pumped from the pumping well by the oxidizing agent adding unit, whereby the ferrous iron in the groundwater is oxidized and the trivalent iron is deposited. At this time, manganese which can affect the clogging of the ground like iron can also be precipitated as hydrated manganese dioxide. The precipitated metal oxide such as trivalent iron is removed from the groundwater by passing through the removal section together with the SS component such as clay particles. That is, the clogging component in the groundwater is removed by the removing unit. Then, the oxidizing agent remaining in the groundwater treated in the removing unit is reduced by the reducing agent adding unit until the amount becomes equal to or less than a predetermined value. Therefore, the groundwater pumped from the pumping well is in a state where the components that cause clogging of the ground near the injection well are removed, and even if this groundwater is injected into the ground from the injection well, the filter of the recharge well is used. And clogging of the ground near the recharge well is almost eliminated. Also, since the added oxidizing agent has lost its oxidizing power due to the reducing agent, there is no danger of clogging due to oxidation / precipitation of iron and other metals contained in the existing groundwater due to the injection of recharge water.
The above-mentioned predetermined value is an oxidation-reduction potential indicating a remaining allowable amount of an oxidizing agent in groundwater capable of favorably preventing clogging of the ground when water is injected into the ground by a water injection well. Is the amount that completely loses oxidizing power.
Further, according to the above configuration, the oxidation-reduction potential of the groundwater is detected by at least one of the first oxidizing agent detecting unit and the second oxidizing agent detecting unit, and is fed back to the reducing agent adding device, so that excessive addition of the reducing agent is performed. Alternatively, the shortage of addition is suppressed, and the groundwater is efficiently put into a state where clogging can be prevented well when water is injected into the ground.
上述の地下水リチャージシステムでは、前記所定値は200mV以下であってもよい。 In the above groundwater recharge system, the predetermined value may be I der below 200 mV.
上述の構成によれば、還元剤添加部によって還元剤が添加された地下水は、既存の構成を備えた注水井戸から地盤内に注水されても、注水井戸付近の地盤の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態となる。 According to the above configuration, even if the groundwater to which the reducing agent is added by the reducing agent addition unit is injected into the ground from the injection well having the existing configuration, clogging of the ground near the injection well is sufficiently and favorable. Can be prevented.
上述の地下水リチャージシステムでは、前記除去部は、バネ式ろ過器から構成される装置を備えてもよい。 In the above groundwater recharge system, the removal portion may be provided with a device comprising spring filter.
上述の構成によれば、酸化剤添加部によって酸化剤が添加された地下水は、バネ式ろ過器によってろ過されるため、地下水に含まれているSS成分と、酸化剤によって積極的に酸化され、析出した三価鉄等の酸化金属がバネ式ろ過器のバネ式フィルターに捕捉される。バネ式フィルターに目詰まりを生じても、バネ式ろ過器に逆洗用エアーや水が付加され、圧力が制御されることで、容易且つ略自動的に、三価鉄等の酸化金属やSS成分も除去及び排出される。従って、自浄効果に優れ、メンテナンスの負担が少ない地下水リチャージシステムが得られる。 According to the above configuration, the groundwater to which the oxidant has been added by the oxidant addition unit is filtered by the spring-type filter, so that the SS component contained in the groundwater and the oxidant are actively oxidized, The precipitated metal oxide such as iron (III) is captured by the spring filter of the spring filter. Even if the spring-type filter becomes clogged, backwash air or water is added to the spring-type filter and the pressure is controlled, so that metal oxide such as trivalent iron or SS can be easily and almost automatically adjusted. Components are also removed and discharged. Therefore, a groundwater recharging system having an excellent self-cleaning effect and a low maintenance burden can be obtained.
上述の地下水リチャージシステムでは、前記酸化剤は次亜塩素酸ナトリウムを含んでいてもよい。 In the above-described groundwater recharge system, the oxidizing agent may include sodium hypochlorite.
上述の構成によれば、揚水井戸から揚水された地下水に対して酸化剤に含まれる次亜塩素酸ナトリウムが添加されるので、地下水中の二価鉄は、瞬時に次亜塩素酸ナトリウムと反応し、より迅速かつ確実に三価鉄として析出する。また、攪拌装置が付加されれば、酸化剤や二価鉄やその他の金属と次亜塩素酸ナトリウムとの反応がより確実に且つ均一に起こる。 According to the above configuration, sodium hypochlorite contained in the oxidizing agent is added to the groundwater pumped from the pumping well, so that ferrous iron in the groundwater instantaneously reacts with sodium hypochlorite. And more quickly and reliably precipitate as trivalent iron. Further, if a stirrer is added, the reaction between the oxidizing agent, ferrous iron and other metals and sodium hypochlorite occurs more reliably and uniformly.
本発明の地下水リチャージシステムによれば、揚水井戸から揚水された地下水に含まれ、注水井戸のフィルターや注水井戸付近の地盤の目詰まりの根本的な原因となる二価鉄を敢えて三価鉄として析出させ、この三価鉄を除去部によって除去すると共に、還元剤添加部によって地下水を還元状態にする。従って、揚水井戸から揚水された地下水を地盤内に注水した際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る状態にすることができる。これにより、リチャージシステムの通水性能を良好に保持し、地盤の目詰まりを防止することができる。 According to the groundwater recharge system of the present invention, ferrous iron contained in groundwater pumped from a pumping well, which is a fundamental cause of clogging of the ground near a filter or a filling well is dared to be trivalent iron. The trivalent iron is removed by the removing unit, and the groundwater is reduced by the reducing agent adding unit. Therefore, when the groundwater pumped from the pumping well is injected into the ground, the ground can be prevented from being clogged. As a result, it is possible to maintain good water-flow performance of the recharge system and prevent clogging of the ground.
以下、本発明に係る地下水リチャージシステムの一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明で用いる図面は模式的なものであり、長さ、幅及び厚みの比率等は実際のものと同一とは限らず、適宜変更することができる。 Hereinafter, an embodiment of a groundwater recharge system according to the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings used in the following description are schematic, and the lengths, widths, ratios of thicknesses, and the like are not necessarily the same as actual ones, and can be appropriately changed.
図1は、本実施形態の地下水リチャージシステム10の構成を示す概略図である。
図1に示すように、地下水リチャージシステム10は、掘削工事等を行う現場に設置されるものであり、揚水井戸1によって、帯水層(地盤)S2内から揚水した地下水Wを注水井戸2へ導き、注水井戸2から帯水層(地盤)S3内に注水するリチャージ工法を行うためのシステムである。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a
As shown in FIG. 1, a
図1に例示する地盤は、地表面Gから深さ方向Jに沿って帯水層S1,S2,S3,…と粘土層C1,C2,…が交互に繰り返される構造を備えている。なお、リチャージ工法を適用可能であれば、地盤の構造や揚水位置及び注水位置は、特に限定されない。 The ground exemplified in FIG. 1 has a structure in which aquifers S1, S2, S3,... And clay layers C1, C2,. The structure of the ground, the pumping position and the pouring position are not particularly limited as long as the recharge method can be applied.
図1は、本実施形態の地下水リチャージシステム10を示す概略図である。
図1に示すように、地下水リチャージシステム10は、地下水Wを揚水するための揚水井戸1と、揚水井戸1から揚水された地下水Wに酸化剤Oxを添加する酸化剤添加部12と、酸化剤Oxが添加された地下水Wを導入し、地下水中に存在するSS成分を除去する除去部20と、除去部20で処理された地下水Wに地下水W中の酸化剤Oxの残量(地下水Wの酸化還元電位)が所定値以下になるまで還元剤Reを添加する還元剤添加部14と、還元剤Reが添加された地下水Wを帯水層(地盤)S3内へ注水するための注水井戸2と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a
As shown in FIG. 1, a
揚水井戸1は、帯水層S2内の地下水Wを汲み上げるための公知の排水設備であり、具体的には、土留めD,Dによって区画された掘削領域X内に設置されたディープウェル(所謂、深井戸)からなる。揚水井戸1の下端部付近には、地下水位以深の地盤(図1では、帯水層S2)内に埋設されたスクリーン1aが形成されており、スクリーン1aから地盤内の地下水Wが流入して揚水井戸1内に地下水Wが貯まる。 The pumping well 1 is a well-known drainage facility for pumping groundwater W in the aquifer S2. Specifically, the pumping well 1 is a deep well (a so-called deep well) installed in an excavation area X defined by earth retaining D, D. , Deep well). Near the lower end of the pumping well 1, a screen 1a buried in the ground (aquifer S2 in FIG. 1) deeper than the groundwater level is formed, and groundwater W in the ground flows from the screen 1a. Groundwater W is stored in the pumping well 1.
揚水井戸1から揚水された地下水Wには、鉄が二価の状態で、即ち溶解性を有する二価鉄として存在している。地下水W中の二価鉄は、揚水される過程、その後の処理がなされる途中で僅かにでも空気等に触れると、三価鉄に変化する。 In the groundwater W pumped from the pumping well 1, iron exists in a divalent state, that is, as ferrous iron having solubility. The ferrous iron in the groundwater W changes to trivalent iron when it comes into contact with air or the like even in the process of pumping and even during the subsequent treatment.
図2は、三価鉄の濃度を調整した水を一定の水頭差H(即ち、図2に示すH)で通水したカラム試験を行った際の試験装置の構成を示す模式図である。図2に示す試験装置において、カラム50の内径Dは、30mmとした。底部に地盤内の土を想定した豊浦砂Sを入れ、水槽52において撹拌しつつ三価鉄の濃度を調整した水WF´をカラム50に通水した。通水初期の水WFの通水速度は15mL/minから16mL/minとした。カラムSを透過した水WFは、水槽54に導入した。水槽54には、一定の水頭差Hを保持するために、水槽54において所定の位置より上位の地下水WFを排出する機構と、排出された地下水WFを溜める水槽56を付設した。
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a configuration of a test apparatus when a column test is performed in which water in which the concentration of trivalent iron is adjusted is passed at a fixed head difference H (that is, H shown in FIG. 2). In the test device shown in FIG. 2, the inner diameter D of the
図3は、三価鉄の濃度を0.05mg/Lから10mg/Lまでグラフ内に記載した数値のように変化させ、前述のカラム試験を行った際の測定結果を示すグラフである。実験に用いた水道水(鉄およびその化合物の濃度は0.01mg/Lから0.02mg/L)を用いて前述のカラム試験を行った際の測定結果も併せて示す。グラフの横軸は、カラム50への通水の経過時間を示し、グラフの縦軸は、カラム50から水槽54への通過水WFの量を示す。豊浦砂Sが目詰まりしなければ、グラフにおいて、カラム50への通水の経過時間とカラム50へ通水した水WFの量との関係が線形(図3に示す(線形)の直線)となる。図3に示すように、水中の三価鉄の濃度が0.1mg/L以上であると、短時間で豊浦砂Sに目詰まりが生じて、通水量(即ち、注水量)が維持できなくなることがわかる。
従って、地下水リチャージシステム10において、地下水Wが注水井戸付近の地盤の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態となるためには、地下水W中の三価鉄の濃度は少なくとも0.1mg/Lより小さく、好ましくは0.05mg/Lより小さく、より好ましくは、0.01mg/Lより小さいことが重要である。
FIG. 3 is a graph showing measurement results when the concentration of trivalent iron was changed from 0.05 mg / L to 10 mg / L as shown in the graph, and the above-described column test was performed. The measurement results obtained when the above-described column test was performed using tap water used in the experiment (iron and its compound at a concentration of 0.01 mg / L to 0.02 mg / L) are also shown. The horizontal axis of the graph indicates the elapsed time of water passing through the
Therefore, in the
図1に示すように、揚水井戸1と除去部20の間は、揚水管9Aによって連通されている。揚水管9Aの一端は、揚水井戸1の上端から揚水井戸1内に挿入されており、揚水管9Aの他端は、除去部20の導入口に接続されている。揚水井戸1内に挿入された揚水管9Aの一端は、揚水井戸1内に配置された揚水ポンプP1の吐出口に接続されており、揚水ポンプP1によって、揚水井戸1内の地下水Wが揚水管9A内を通って除去部20内に圧送される。
As shown in FIG. 1, the space between the pumping well 1 and the removing
揚水管9Aの途中には、酸化剤供給管9aの一端が接続されている。酸化剤供給管9aの他端は、酸化剤添加部12の酸化剤排出口に接続されており、揚水井戸1から揚水されて揚水管9A内を流れる地下水Wに対して、酸化剤供給管9aを介して酸化剤添加部12から酸化剤Oxが供給可能とされている。
One end of the
酸化剤添加部12は、不図示の酸化剤供給装置からなる。なお、酸化剤添加部12の構成は、酸化剤供給管9aの他端に酸化剤Oxを排出可能であれば、特に限定されない。
酸化剤添加部12から供給される酸化剤Oxは、地下水Wに一般的に含有されている二価鉄を酸化し、三価鉄を析出可能な物質を含むものであれば、特に限定されない。地下水W中の二価鉄を酸化し、三価鉄を析出可能な物質としては、例えば次亜塩素酸ナトリウム、過酸化水素、塩素酸ナトリウム、オゾン、塩素等の酸化剤等が挙げられる。なお、酸化剤Oxは、反応性の早い酸化剤であれば、その種類や素材は問われないが、鉄と同様にマンガンも比較的低濃度であっても地盤の目詰まりを引き起こし得ることから、酸化剤Oxは地下水Wに一般的に含有されている二価鉄に加えて、溶解性マンガンを酸化し、三価鉄及び水和二酸化マンガンを析出可能な物質を含むものであることが好ましい。
The oxidizing
The oxidizing agent Ox supplied from the oxidizing
上述のように、酸化剤Oxは次亜塩素酸ナトリウムを含んでいることが好ましい。次亜塩素酸ナトリウムによって地下水W中の少なくとも二価鉄との反応が瞬時かつ確実に行われ、三価鉄として析出する。次亜塩素酸はその反応性の早さのみならず、水道水の消毒に使用される等の安全性からも優位である。また酸化速度の早さはその酸化力を無くす反応も迅速に行えることを意味する。さらに活性炭通過等、その失活方法も容易にできる。 As described above, the oxidizing agent Ox preferably contains sodium hypochlorite. The sodium hypochlorite reacts instantaneously and reliably with at least ferrous iron in the groundwater W and precipitates as trivalent iron. Hypochlorous acid is superior not only in its quick reactivity but also in safety such as being used for disinfection of tap water. Further, a high oxidation rate means that a reaction for eliminating the oxidizing power can be performed quickly. In addition, the method of deactivating the activated carbon can be easily performed.
揚水管9Aの途中であって酸化剤供給管9aの一端が接続されている位置よりも下流側には、地下水Wと地下水Wに添加された酸化剤Oxとを混合するための撹拌装置22が設けられている。撹拌装置22としては、例えば、配管内に配置された羽根板を備え、水の流れにより自動的に撹拌を行うスタティックミキサー等を用いることができるが、地下水Wと酸化剤Oxとを混合可能であれば、特に限定されない。
A stirring
除去部20は、揚水管9A内を通って除去部20内に圧送された地下水Wを導入し、地下水W中のSS成分や、酸化剤Oxによって酸化された鉄及びマンガンをはじめとする酸化金属(即ち、三価鉄等)を除去するための設備であり、バネ式ろ過器から構成される装置を備えている。具体的にバネ式ろ過器としては、例えば、特開平8−196821号公報に開示されている液体ろ過フィルターエレメントや特許1822317号公報等に開示されているバネ式フィルターろ過装置等に例示される装置が挙げられる。バネ式ろ過器は、非常にさびにくい材質からなるステンレス(SUS)を、特殊な線の形状に加工し、この固いバネ線材をコイル状に巻いたバネ式フィルターにプリコート材を付着させた後、プリコート材に付着した残留物をプリコート材ごと一緒に落とすという構想に基づいている。このようなバネ式ろ過器は、特に優れた自浄効果、逆洗再生機能を有しており、メンテナンスを略不要とする等、本発明における地下水Wのろ過に好適な特徴や条件を備えている。
The removing
除去部20のバネ式ろ過器に用いられているバネ式フィルターは、従来、排水(濁水)処理を主な目的として用いられているが、ろ過処理にあたり、最初の段階でバネ式フィルターにコーティングするプリコート材(即ち、ろ過助剤)を適切に選択することにより、バネ式フィルターでろ過される粒子径(即ち、ろ過精度)を定めることができる。また、精密なろ過を高速且つ低圧で実現することができる。
Conventionally, the spring-type filter used in the spring-type filter of the removing
また、除去部20のバネ式ろ過器には、凝集剤等の添加物は不要である。
図4(a)は、除去部20のバネ式ろ過器のバネ式フィルターにおける通常運転(リチャージ運転)時の様子を示す概略図であり、図4(b)は、バネ式フィルターの目詰まり成分を除去するための逆洗運転時の様子を示す概略図である。通常運転時は、図4(a)に示すように、SS成分や酸化金属を含む地下水Wがバネ式ろ過器に導入され、バネ式ろ過器の導出口から、ろ過された地下水Wが流出する。バネ式フィルターの自浄効果としては、図4(b)に示すように、バネ式フィルターにSS成分や、鉄及びマンガンをはじめとする酸化金属(即ち、三価鉄等)が目詰まりし、ろ過効率が所定の効率より落ちた時点で、除去部20のバネ式ろ過器の導出側に接続されている注水管9b(図1参照)等を介して逆洗用エアーおよび水が圧入されることでバネ式フィルターの内側から外側への圧力が自動的に付加及び制御される。これにより、所謂、逆洗が行われ、バネ式フィルターに捕捉された目詰まり成分は、濃縮液として図1に不図示の排水管等を介して回収及び廃棄可能とされている。
Further, the spring-type filter of the removing
FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a state of a normal operation (recharge operation) of the spring filter of the spring filter of the removing
図5は、除去部20のバネ式ろ過器に用いられるバネ式フィルターとして、バネ式フィルターろ過装置(製造元:株式会社モノベエンジニアリング)を用いた場合のバネ式フィルターによるろ過性能の一例を示すグラフである。このろ過性能の測定では、バネ式フィルターのバネ一本あたりへの流量は1L/minで一定にし、通水中の三価鉄の濃度は2mg/Lとなるようにした。このような条件の下で、バネ式ろ過器内の圧力変化を測定した。また、プレコート材としては、シリカ#600H(平均粒径:38μm、通過率:2.2darcy、製造元:中央シリカ株式会社)を使用した。
FIG. 5 is a graph showing an example of filtration performance of a spring filter when a spring filter used by the spring filter of the removing
図5に示すように、バネ式ろ過器の内圧が200kPaに達した時点で洗浄を行うと仮定すると、プレコート材としてシリカ#600Hを用いた場合は、約60分に1回洗浄する(即ち、1日に24回洗浄することに相当する)ことになる。このような洗浄頻度は処理対象の水中のSS成分や三価鉄の濃度に依存するが、洗浄頻度から考えてもわかるように、人力に頼る除去資材又はろ過資材の洗浄や交換では、処理対象の水を、バネ式フィルターを用いた場合と同程度に地盤が目詰まりしないようなSS成分や三価鉄の濃度に保つことは難しい。なお、上述のプリコート材を用いた場合、ろ過後の水に含まれる三価鉄の濃度は0.05mg/L以下となった。このろ過後の水を図2に示すカラム試験装置で通水した結果、図3において「処理水」で示すように、水道水と同程度でほとんど目詰まりしないことがわかった。このことからも、バネ式フィルターでろ過した水は目詰まりの原因物質が良好に除去され、長期の注水が可能な水質になっていることがわかる。
As shown in FIG. 5, assuming that the cleaning is performed when the internal pressure of the spring-type filter reaches 200 kPa, when
なお、除去部20は、上述したバネ式ろ過器や同様の構造を備えたものに限定されず、除去部20に導入された地下水Wに含まれるSS成分及び酸化剤Oxにより生成された酸化金属を除去できる能力を有するものであれば、特に限定されない。例えば、除去部20は、フィルタープレス、ベルトプレス、バックフィルター、遠心分離機、砂ろ過器等の何れかであってもよい。
In addition, the
図1に示すように、除去部20とろ過水タンク32との間は、通水管9Bによって連通されている。通水管9Bの一端は、除去部20の導出部に接続されており、通水管9Bの他端は、ろ過水タンク32の内部に開放されている。除去部20でろ過された地下水Wは、通水管9B内を通ってろ過水タンク32の内部に供給される。
As shown in FIG. 1, the removing
ろ過水タンク32は、酸化剤Oxが残存している地下水Wを収容すると共に所定の位置から導出することができるように構成され、特に限定されず、公知のタンク等を適用することができる。ろ過水タンク32の導出部には、地下水Wを排出するための排水ポンプP4が設けられている。
The filtered
ろ過水タンク32の内部には、通水管9Bの他端に加え、還元剤供給管9cの一端が配置されている。還元剤供給管9cの他端は、還元剤添加部14の還元剤添加装置15の還元剤排出口に接続されており、除去部20で処理されてろ過水タンク32に収容された地下水Wに対して、還元剤供給管9cを介して還元剤添加部14から還元剤Reが供給可能とされている。
Inside the filtered
還元剤添加部14は、除去部20でろ過(処理)された地下水Wに残存する酸化剤Oxを除去し、地下水Wを還元状態にするための構成である。本実施形態では、還元剤添加部14は、除去部20で処理されてろ過水タンク32に収容された地下水Wに還元剤Reを添加する還元剤添加装置15と、還元剤添加装置15によって還元剤Reが添加される前の地下水W中の酸化剤Oxの量を地下水Wの酸化還元電位によって検知し、検知した酸化還元電位を還元剤添加装置15にフィードバックする第一酸化剤検知部16、及び、還元剤添加装置15によって還元剤Reが添加された後の地下水Wの酸化還元電位を検知し、検知した酸化還元電位を還元剤添加装置15にフィードバックする第二酸化剤検知部17の少なくとも何れか一方と、を備えている。そして、還元剤添加部14は、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17の少なくとも何れか一方からフィードバックされた情報に基づいて還元剤Reの添加量を調節可能に構成されている。
The reducing
還元剤添加装置15は、還元剤供給管9cの他端に還元剤Reを排出可能であれば、特に限定されない。
還元剤添加部14の還元剤添加装置15から供給される還元剤Reは、地下水Wに残存する酸化剤Oxを除去可能な物質であれば、特に限定されない。このような物質としては、例えばチオ硫酸ナトリウム、亜硫酸ナトリウム、水硫化ナトリウム等が挙げられる。チオ硫酸ナトリウムは、観賞魚の脱塩素用材料として利用されるなど安全性が高い物質であるため、好適である。
The reducing
The reducing agent Re supplied from the reducing
第一酸化剤検知部16は、除去部20で処理された後に通水管9B内を流れる地下水Wの一部を導入し、導入した地下水Wの酸化還元電位を検知可能であれば、特に限定されない。通水管9Bには、必要に応じて、地下水Wの一部を第一酸化剤検知部16に導入するための揚水ポンプP2が設けられている。検知された酸化還元電位は還元剤添加装置15に直接フィードバックされ、フィードバックされた情報に基づいて還元剤添加装置15(還元剤添加部14)における還元剤Reの供給量(添加量)が調節されてもよい。本実施形態では、第一酸化剤検知部16によって検知された地下水Wの酸化還元電位は、信号S16として制御部30に送られる。
The first oxidizing
第二酸化剤検知部17は、還元剤添加装置15から還元剤Reが供給され、ろ過水タンク32から通水管9Cに導出された地下水Wの一部を導入し、導入した地下水Wの酸化還元電位を検知可能であれば、特に限定されない。通水管9Cには、必要に応じて、地下水Wの一部を第二酸化剤検知部17に導入するための揚水ポンプP3が設けられている。検知された地下水Wの酸化還元電位は還元剤添加装置15に直接フィードバックされ、フィードバックされた情報に基づいて還元剤添加装置15(還元剤添加部14)における還元剤Reの供給量(添加量)が調節されてもよい。本実施形態では、第二酸化剤検知部17によって検知された地下水Wの酸化還元電位の量も信号S17として制御部30に送られる。
The second
還元剤添加部14は、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17の少なくとも一方を備えているが、注水井戸2に供給される地下水Wの酸化還元電位をより確実に所定値以下にすると共に、地下水Wに対する還元剤Reの過剰添加及び添加不足を確実に防ぐためには、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17の両方が設けられていることが好ましい。なお、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17は、これらの測定対象が共通して酸化剤Oxであるため、一体化されていてもよく、互いに共有して一つの検知部として構成されていてもよい。
The reducing
第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17としては、例えば、ORP(Oxidation−Reduction Potential:酸化還元電位)センサー、溶存酸素センサー等が挙げられる。構成が簡単で設置もし易い点から、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17としては、ORPセンサーが好ましい。ORPセンサーを用いる際には、地下水W中に共存する酸化体と還元体との間の平衡状態によって定まる電位であるORPが適宜設定される。地下水Wが注水井戸付近の帯水層(地盤)S3の目詰まりを充分且つ良好に防止し得る状態として、還元剤を添加した後には地下水W中に酸化剤が残存しないことが好ましく、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17のORPセンサーにより測定される酸化還元電位は少なくとも200mV以下であり、好ましくは100mV以下であり、より好ましくは0mV以下であることが好ましい。
Examples of the first oxidizing
なお、除去部20で処理された地下水W中のSS成分の残量は、図示していない濁度計等を用いて測定可能である。地下水Wが地盤内に注水された際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る点から、例えば、除去部20で処理された地下水W中のSS成分の濃度は1mg/Lより少ない状態であることが確認されることが好ましい。
The remaining amount of the SS component in the groundwater W treated by the removing
本実施形態の地下水リチャージシステム10は、制御部30を備えている。制御部30は、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17からフィードバックされた情報に基づいて還元剤添加装置15における還元剤Reの供給量(添加量)を適度に設定し、還元剤添加装置15に信号S15として送る機能を有する。
制御部30を構成するものとしては、例えばコンピュータが挙げられるが、上述した機能を有していれば、特に限定されない。
The
A computer that constitutes the
なお、制御部30は、還元剤Reが添加された後にろ過水タンク32から導出された地下水Wの酸化還元電位が上述した所定値より多いことを第二酸化剤検知部17のフィードバックから検知した場合は、地下水Wのろ過水タンク32からの導出を中止する機能を有していることが好ましい。
即ち、制御部30は、制御プログラム等が内蔵されたコンピュータで構成されていることが好ましい。前述の制御プログラムは、コンピュータに、第二酸化剤検知部17で検知された地下水Wの酸化還元電位を取り込む手順と、地下水Wの酸化還元電位が予め設定した閾値(所定値)以下であれば、ろ過水タンク32の導出口と通水管9Cとを連通状態にする手順と、地下水Wの酸化還元電位が閾値を超えていれば、ろ過水タンク32の導出口と通水管9Cとを非連通状態にする手順と、を実行させるように構成されていることが好ましい。
When the
That is, the
また、制御部30は、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17からフィードバックされた情報に基づいて酸化剤添加部12における酸化剤Oxの供給量(添加量)を適度に設定或いは補正し、酸化剤添加部12に信号S12として送る機能を有することが好ましい。これにより、ろ過水タンク32から導出された地下水W中に残存する酸化剤Oxの量に応じて酸化剤添加部12における酸化剤Oxの供給量(添加量)が調節されれば、酸化剤Oxの過剰添加又は添加不足も防止される。
Further, the
ろ過水タンク32と注水井戸2との間は、通水管9C及び通水管9Cの途中から分岐する通水管9Dによって連通されている。通水管9Cの一端は、ろ過水タンク32の導出口に接続されており、通水管9Cの他端は、注水井戸2のうち注水井戸2Bの所定水位より深部内に開放されている。通水管9Cの一端側には、地下水Wと地下水Wに添加された還元剤Reとを混合するための撹拌装置24が設けられている。撹拌装置24としては、例えば小型で簡易な構成からなるスタティックミキサー等を用いることができるが、地下水Wと還元剤Reとを混合可能であれば、特に限定されない。
The filtered
通水管9Dの一端は、通水管9Cの途中に接続されており、通水管9Dの他端は、注水井戸2のうち注水井戸2Aの所定水位より深部内に開放されている。ろ過水タンク32から導出され、酸化還元電位が所定値以下とされた地下水Wは、通水管9C,9D内を通って注水井戸2A,2Bに供給される。
One end of the
注水井戸2は、前述のように二つの注水井戸2A,2Bを備えている。但し、注水井戸2が備える井戸数は特に限定されない。
注水井戸2A,2Bは、含まれる酸化剤Oxが所定値以下とされて還元状態の地下水Wを帯水層S3内に注水ための公知の注水設備(所謂、リチャージウェル)であり、具体的には、掘削領域Xの外に設置された井戸からなる。注水井戸2A,2Bには、地下水位以深の地盤(図1では、帯水層S3)内に埋設されたスクリーン2aが形成されており、スクリーン2aから注水井戸2A,2B内の地下水Wが流出して帯水層S3内に地下水Wが注入される。また、注水井戸2の上端には蓋が取り付けられており、蓋によって注水井戸2の上端は密閉されており、注水井戸2は密閉構造になっている。
The injection well 2 includes the two
The
以上説明したように、本実施形態の地下水リチャージシステム10では、揚水井戸1から揚水された地下水Wに対して酸化剤添加部12によって酸化剤Oxを添加し、地下水W中の二価鉄を酸化し、三価鉄として析出させる。析出された三価鉄やマンガン等の酸化金属を粘土粒子等のSS成分と共に除去部20でろ過することで地下水Wから除去する。即ち、除去部20によって地下水Wに含まれる目詰まり起因成分を除去することができる。そして、除去部20でろ過された地下水W中に残存する酸化剤Oxが還元剤添加部14によって所定値以下の量になるまで、地下水Wを還元する。従って、揚水井戸1から揚水された地下水Wを注水井戸付近の地盤の目詰まりの原因となる成分を除去した良好な状態とすることができる。
As described above, in the
上述のように本実施形態の地下水リチャージシステム10によれば、揚水井戸1から揚水された地下水Wに含まれ、注水井戸2のスクリーン2aや注水井戸2付近の地盤の目詰まりの根本的な原因となる二価鉄を敢えて三価鉄として析出させ、この三価鉄を除去部20によって除去すると共に、還元剤添加部14によって地下水Wを還元状態にすることができる。従って、揚水井戸1から揚水された地下水Wを地盤内に注水した際に地盤の目詰まりを良好に防止し得る状態にすることができる。これにより、地下水リチャージシステム10の通水性能を良好に保持し、注水井戸2のスクリーン2aや地盤の目詰まりを防止することができる。
As described above, according to the
また、本実施形態の地下水リチャージシステム10によれば、還元剤添加部14によって還元剤Reが添加された地下水Wは、含まれる酸化剤Oxの量、即ち地下水Wの酸化還元電位が適切な所定値に設定されるので、既存の構成を備えた注水井戸2から地盤内に注水しても、注水井戸2付近の地盤の目詰まりを充分且つ良好に防止することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の地下水リチャージシステム10によれば、除去部20がバネ式ろ過器から構成されていることで、酸化剤添加部12によって酸化剤Oxが添加され、酸化剤Oxによって積極的に酸化され、析出した三価鉄やマンガン等の酸化金属がバネ式ろ過器のバネ式フィルターに捕捉され、目詰まりを生じても、バネ式ろ過器に逆洗用エアーを付加し、圧力を制御すれば、容易且つ略自動的に、バネ式フィルターに捕捉された三価鉄やマンガン等の酸化金属やSS成分を除去及び排出することができる。従って、自浄効果に優れ、メンテナンスの負担が少ない地下水リチャージシステム10を構築することができる。
Further, according to the
また、本実施形態の地下水リチャージシステム10によれば、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17の少なくとも一方によって地下水W中の酸化剤Oxの量を検知し、還元剤添加装置15にフィードバックすることにより、還元剤Reの過剰添加又は添加不足を抑え、地下水Wを効率良く、地盤内に注水した際に目詰まりを良好に防止し得る状態にすることができる。第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17の両方を用いることで、地下水Wをより効率良く、地盤内に注水した際に目詰まりを良好に防止し得る状態にすることができる。また、第一酸化剤検知部16及び第二酸化剤検知部17によって検知した地下水W中の酸化剤Oxの量を酸化剤添加部12にフィードバックすることで、酸化剤Oxの過剰添加又は添加不足を抑えることもできる。
Further, according to the
また、地下水リチャージシステム10によれば、揚水井戸から揚水された地下水Wに対して酸化剤Oxとして次亜塩素酸ナトリウムが添加されるので、地下水W中の二価鉄を瞬時に次亜塩素酸ナトリウムと反応させ、より迅速かつ確実に三価鉄として析出させることができる。これにより、除去部20における地下水W中の三価鉄の除去精度も高めることができる。
Further, according to the
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変更が可能である。 As described above, the preferred embodiments of the present invention have been described in detail. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications may be made within the scope of the present invention described in the appended claims. Changes are possible.
例えば、上述の実施形態では、還元剤添加部14の還元剤添加装置15として、還元剤Reを添加する装置について説明したが、還元剤添加装置15として、図6に示すように、酸化剤Oxを還元する機能を有する活性炭槽を用いてもよい。このような構成では、除去部20で処理された地下水Wを活性炭槽に通水し、通水後の地下水Wを注水井戸2に導くことができる。
For example, in the above-described embodiment, a device for adding a reducing agent Re has been described as the reducing
また、例えば揚水井戸1から揚水された地下水Wの状態を観察するために、揚水された地下水Wが一旦、公知のノッチタンク等に収容されても構わない。 For example, in order to observe the state of the groundwater W pumped from the pumping well 1, the pumped groundwater W may be temporarily stored in a known notch tank or the like.
1 揚水井戸
2,2A,2B 注水井戸
10 地下水リチャージシステム
12 酸化剤添加部
14 還元剤添加部
20 除去部
Ox 酸化剤
Re 還元剤
W 地下水
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記地下水を揚水するための揚水井戸と、
前記揚水井戸から揚水された前記地下水に酸化剤を添加する酸化剤添加部と、
前記酸化剤が添加された前記地下水を導入し、前記酸化剤添加後の地下水中に存在する浮遊物質成分及び酸化金属を除去する除去部と、
前記除去部で処理された前記地下水に該地下水の酸化還元電位が所定値以下になるまで
還元剤を添加する還元剤添加部と、
前記還元剤が添加された前記地下水を前記地盤内へ注水するための注水井戸と、
を備え、
前記還元剤添加部は、
前記除去部で処理された前記地下水に前記還元剤を添加する還元剤添加装置と、
前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加される前の前記地下水中の前記酸化剤の量を検知し、検知した前記酸化剤の量を前記還元剤添加装置にフィードバックする第一酸化剤検知部、及び、前記還元剤添加装置によって前記還元剤が添加された後の前記地下水中の前記酸化剤の量を検知し、検知した前記酸化剤の量を前記還元剤添加装置にフィードバックする第二酸化剤検知部の少なくとも何れか一方と、
を備え、
前記第一酸化剤検知部及び前記第二酸化剤検知部の少なくとも何れか一方からフィード
バックされた情報に基づいて前記還元剤添加量を調節可能に構成されている地下水リチャージシステム。 A groundwater recharge system for performing a recharge method of injecting pumped groundwater into the ground,
A pumping well for pumping the groundwater;
An oxidizing agent adding unit that adds an oxidizing agent to the groundwater pumped from the pumping well;
A removal unit that introduces the groundwater to which the oxidant has been added, and removes suspended substance components and metal oxides present in the groundwater after the oxidant has been added,
A reducing agent adding unit that adds a reducing agent to the groundwater treated by the removing unit until the oxidation-reduction potential of the groundwater becomes a predetermined value or less,
An injection well for injecting the groundwater to which the reducing agent has been added into the ground,
Equipped with a,
The reducing agent addition section,
A reducing agent adding device for adding the reducing agent to the groundwater treated in the removing unit,
A first oxidizing agent detection unit that detects the amount of the oxidizing agent in the groundwater before the reducing agent is added by the reducing agent adding device, and feeds back the detected amount of the oxidizing agent to the reducing agent adding device. And a second oxidizing agent that detects an amount of the oxidizing agent in the groundwater after the reducing agent is added by the reducing agent adding device and feeds back the detected amount of the oxidizing agent to the reducing agent adding device. At least one of the detection units;
With
Feed from at least one of the first oxidizing agent detecting unit and the second oxidizing agent detecting unit
Adjustably configured Tei Ru groundwater recharge system the reducing agent adding amount based on back information.
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